適合家用的超濾系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及包括適合家用的那些的超濾系統。
【背景技術】
[0002]逆滲透(RO)膜系統在各種工業、城市和住宅應用中用于處理液體。一種愈來愈風行的應用為給水或“自來”水在食用或使用(例如在家用電器中)之前的處理。在典型家用實施例中，加壓的給水穿過包含至少一個螺旋卷繞的RO膜元件的容器并且產生飲用水“滲透物”和濃縮物或“鹵水”。可連續或間歇地將滲透物收集在滲透物儲存槽中，使其按需可用。濃縮物通常被引導到排水口。
[0003]當系統不在使用中時，存在于在RO元件內的給水中的鹽和其他雜質緩慢擴散穿過RO膜。因此，當系統再啟動時，由RO膜產生的滲透物的初始來源具有相對高濃度的雜質。這種影響在具有其中此類鹽被快速稀釋的大型滲透物儲存槽的系統中可較少檢測到。US6190558描述了用于降低這種影響而無需使用滲透物儲存槽的系統。該系統包括水龍頭一打開就運行并且在水龍頭關閉之后繼續運行延長的一段時間的栗。在該延長時間段期間，建立了再循環回路，其中滲透通過RO膜的凈化水與經再循環的濃縮物和少量新鮮給水混合，并且所得混合物再循環至RO膜元件的進料側。不利的是，這種系統需要長再循環時間以便將鹽和礦物質減小至可接受的低水平。在一些實施例中，回收的鹵水可實際上導致膜結垢和積垢。

【發明內容】

[0004]在一個實施例中本發明包括用于處理水的超濾系統(10)，其包括:具有進料口(22),滲透物出口( 24)和濃縮物出口(26)的容器(20);位于容器(20)內的至少一個螺旋卷繞的膜元件(28);具有通過接合點(42)與給水源(40)流體連通的低壓側(32)和與進料口
(22)流體連通的高壓側(34)的栗(30);連接至滲透物出口(24)并且適于選擇性引導滲透物在經處理的水出口( 52)與接合點(42)之間流動的滲透物閥(50);在濃縮物出口( 26)與排出口(62)之間的流動路徑(60);以及沿流動路徑(60)定位并且適于改變對在高值與低值之間的濃縮物流動的阻力的流量限制器(64)。本發明還包括操作此類系統的方法。
【附圖說明】
[0005]附圖并未按比例繪制并且包括理想化視圖以便于描述。在可能的情況下，已在整個附圖和書面描述中使用相同的編號來指代相同或相似的特征。
[0006]圖1是本發明的一實施例的示意圖。
[0007]圖2是目標系統在滲透物產生階段期間操作的示意圖；
[0008]圖3是目標系統在元件沖洗階段期間操作的示意圖。
【具體實施方式】
[0009]本發明包括適用于逆滲透(RO)和納米過濾(NF)的螺旋卷繞的模塊(“元件”)。此類模塊包括圍繞滲透物收集管卷繞的一個或多個RO或NF包膜和進料間隔片。用于形成包封的RO膜幾乎全部溶解鹽相對不可滲透并且通常阻擋大于約95 %的具有單價離子的鹽，如氯化鈉。RO膜還通常阻擋大于約95%的無機分子以及分子量大于約100道爾頓的有機分子。NF膜比RO膜片更可滲透并且通常阻擋小于約95%的具有單價離子的鹽，同時阻擋大于約50%(并且常常大于90%)的具有二價離子的鹽，這取決于二價離子的種類。NF膜還通常阻擋在納米范圍內的粒子以及分子量大于約200道爾頓到500道爾頓的有機分子。出于本說明書的目的，NF和RO統稱為“超濾”。
[0010]螺旋卷繞膜元件可通過收集管將一個或多個包膜和任選的一個或多個進料通道間隔片(“進料間隔物”)圍繞滲透物收集管卷繞形成。每一個包膜優選包含在滲透物通道間隔片(“滲透物間隔物”)周圍的兩個基本上矩形的膜片。這種夾層類型結構沿三個邊固定在一起(例如通過密封劑)，而第四邊臨接滲透物收集管。滲透物間隔物與穿過滲透物收集管的開口處于流體接觸。元件的外殼可由包括不銹鋼、膠帶和PVC材料的各種材料構建。關于螺旋卷繞的元件的各種部件和構造的額外細節提供于文獻中，參見例如:US 5538642(描述了用于將滲透物間隔物附接到滲透物收集管的技術)、US 7875177(描述了用于形成插入點密封的UV粘合劑的整平操作和使用、US 7951295(描述了可適用的葉片包)。
[0011]膜片不受特定限制并且可使用多種材料，例如醋酸纖維素材料、聚砜、聚醚砜、聚酰胺、聚偏二氟乙烯等。優選的膜片為具有通過界面聚合形成的區分層的復合結構。典型復合超濾膜包括非編織背襯網(例如購自阿波紙業公司(Awa Paper Company)的非編織物如聚酯纖維織物)的背層(背側)、包含約25μπι至125μπι典型厚度的多孔載體的中間層和包含厚度通常小于約I微米(例如0.01微米到I微米，但更通常約0.Ο?μπι到0.Ιμπι)的薄膜聚酰胺層的頂區分層(前側)。背層不受特定限制，但優選包含包括可取向的纖維的非編織物或纖維網墊。替代地，可使用如帆布等編織物。代表性示例描述于US 4，214，994;US 4,795,559；US5,435,957；US 5,919,026；US 6，156,680;US2008/0295951 和US 7,048，855中。多孔載體通常為聚合材料，其孔徑具有足夠大小以允許滲透物基本上不受限制通過，但并不足夠大以便干擾形成于其上的薄膜聚酰胺層的橋接。舉例來說，所述載體的孔徑優選在約0.ΟΟΙμπι到
0.5μπι范圍內。多孔載體的非限制性示例包括由以下制成的那些多孔載體:聚砜、聚醚砜、聚酰亞胺、聚酰胺、聚醚酰亞胺、聚丙烯腈、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚乙烯、聚丙烯和多種鹵化聚合物如聚偏二氟乙烯。如在US 4277344和US 6878278中所述，區分層優選通過在微孔聚合物層的表面上多官能胺單體與多官能酰基鹵單體之間的界面聚縮合反應形成。
[0012]參照附圖，目標超濾系統的實施例通常示出為10，其包括具有進料口(22)、滲透物出口(24)和濃縮物出口(26)的容器(20)。在本發明中使用的容器不受特定限制，但通常包括能夠承受與操作條件相關的壓力的外殼結構(例如塑料、金屬、玻璃纖維、包封發泡材料)。對于家用應用，操作壓力通常低于2MPa或甚至低于IMPa。容器結構優選包括具有對應于一個或多個螺旋卷繞的元件的外周邊的內周邊的腔室。腔室的長度優選對應于待連續(軸向)裝載的元件的組合長度。對于家用應用，代表性元件為可購自陶氏化學公司(TheDow Chemical Company)的型號TW30-1812-75。在優選實施例中，單個元件(28)位于容器
(20)內。在替代實施例中，兩個串聯放置的螺旋卷繞的膜元件(28)位于容器(20)內。容器的方向不受特定限制，例如可使用水平方向和垂直方向兩者。
[0013]系統(10)進一步包括具有通過接合點(42)與給水源(40)流體連通的低壓側(32)和與進料口(22)流體連通的高壓側(34)的栗(30)。栗的選擇不特別重要，但對于家用應用，通常期望能夠產生至少10kPa流體壓力的小電力驅動栗。
[0014]系統(1)進一步包括連接到滲透物出口(24)的滲透物閥(50)。閥(50)適于選擇性引導滲透物在經處理的水出口(52)(例如水龍頭、家用電器如制冰機、扁平餐具墊圈等)與接合點(42)之間流動。
[0015]流動路徑(60)(例如管子、管道等)在濃縮物出口(26)與排出口(62)例如排水口之間延伸。流量限制器(64)沿流動路徑(60)定位并且適于對在高值與低值之間的濃縮物流動施加可變阻力。雖然不受特定限制，但是在所說明的實施例中，流量限制器(64)包括濃縮物閥(66)，其適于選擇性引導濃縮物沿流動路徑(60)經由低阻力路徑(68)和高阻力路徑(69)到排出口(62)流動。高阻力路徑(69)可包含對流體流量的被動約束(如束狀中空纖維等)，或主動約束(例如隨可變尺寸的孔的可調節閥)。螺旋卷繞的膜元件(28)為在進料口(22)與滲透物出口(24)之間的液體流動提供阻力。在優選實施例中，當在25°C下使用純水測量時，由流量限制器(64)經由高阻力路徑(69)施加的對濃縮物流動的阻力的高值與由螺旋卷繞的膜元件(28)提供的對液體流動的阻力的比率大于3。在另一個優選實施例中，當在25°C下使用純水測量時，由流量限制器(64)經由低阻力路徑(69)施加的對濃縮物流動的阻力的低值與由螺旋卷繞的膜元件(28)提供的對液體流動的阻力的比率大于1/3。更優選地該比大于1/2或甚至I。出于本說明書的目的，“阻力”(R)被定義為壓降(Ap)與流速(F)的比率，SPR=Δρ/F，并且當容器在2